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JP5224855B2 - Electrode unit, substrate processing apparatus, and temperature control method for electrode unit - Google Patents

Electrode unit, substrate processing apparatus, and temperature control method for electrode unit Download PDF

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JP5224855B2 JP2008054621A JP2008054621A JP5224855B2 JP 5224855 B2 JP5224855 B2 JP 5224855B2 JP 2008054621 A JP2008054621 A JP 2008054621A JP 2008054621 A JP2008054621 A JP 2008054621A JP 5224855 B2 JP5224855 B2 JP 5224855B2
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Description

本発明は、電極ユニット、基板処理装置及び電極ユニットの温度制御方法に関し、特に、基板にプラズマ処理を施す基板処理装置の電極ユニットに関する。   The present invention relates to an electrode unit, a substrate processing apparatus, and an electrode unit temperature control method, and more particularly, to an electrode unit of a substrate processing apparatus that performs plasma processing on a substrate.

半導体ウエハにプラズマ処理を施す基板処理装置は、半導体ウエハを収容するチャンバと、該チャンバ内に配置されて半導体ウエハを載置する載置台と、該載置台に対向するように配置されてチャンバ内にプロセスガスを供給するシャワーヘッドとを備える。載置台は高周波電源が接続されて下部電極ユニットとして機能し、シャワーヘッドは円板状の電極層を有して上部電極ユニットとして機能する。基板処理装置では、載置台及びシャワーヘッドの電極層の間に高周波電圧が印加されてチャンバ内のプロセスガスが励起され、プラズマが発生する。   A substrate processing apparatus that performs plasma processing on a semiconductor wafer includes: a chamber that accommodates the semiconductor wafer; a mounting table that is disposed in the chamber and on which the semiconductor wafer is mounted; and a chamber that is disposed to face the mounting table. And a shower head for supplying a process gas. The mounting table is connected to a high frequency power source and functions as a lower electrode unit, and the shower head has a disk-shaped electrode layer and functions as an upper electrode unit. In the substrate processing apparatus, a high-frequency voltage is applied between the electrode layer of the mounting table and the shower head to excite the process gas in the chamber and generate plasma.

電極層の温度はプラズマ処理結果の分布に影響を与えるため、プラズマ処理中、電極層の温度を一定に保つ必要がある。ところが、上部電極ユニットの電極層はプラズマからの入熱によって温度が上昇するために冷却する必要がある。そこで、従来の基板処理装置では電極層の周りを囲うように冷媒通路を配置し、該冷媒通路内に冷媒を流すことによって電極層を冷却する。また、プラズマ処理の開始時は電極層の温度が低いことがあるため、該電極層を加熱する必要がある。そこで、従来の基板処理装置では電極層の周りを囲うようにヒータを配置し、電極層を加熱する（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００５−１５０６０６号公報 Since the temperature of the electrode layer affects the distribution of the plasma processing result, it is necessary to keep the temperature of the electrode layer constant during the plasma processing. However, the electrode layer of the upper electrode unit needs to be cooled because the temperature rises due to heat input from the plasma. Therefore, in the conventional substrate processing apparatus, the coolant passage is disposed so as to surround the electrode layer, and the coolant is passed through the coolant passage to cool the electrode layer. Further, since the temperature of the electrode layer may be low at the start of the plasma treatment, it is necessary to heat the electrode layer. Therefore, in a conventional substrate processing apparatus, a heater is disposed so as to surround the electrode layer, and the electrode layer is heated (see, for example, Patent Document 1).
JP 2005-150606 A

ところで、近年、プラズマエッチングによって形成される溝の幅や穴径の要求値が益々小さくなり、プラズマ処理結果のより均一な分布を実現することが求められている。   Incidentally, in recent years, the required values of the width and the hole diameter of grooves formed by plasma etching are becoming increasingly smaller, and it is required to realize a more uniform distribution of plasma processing results.

しかしながら、上述した従来の基板処理装置では電極層を囲うように冷媒通路やヒータが配置されるため、電極層の周縁部は適切に温度制御されるものの、電極層の中央部は適切に温度制御がされず、その結果、チャンバ内においてプラズマ処理結果のより均一な分布を実現するのが困難であるという問題がある。   However, in the conventional substrate processing apparatus described above, the coolant passage and the heater are arranged so as to surround the electrode layer, so that the temperature of the peripheral portion of the electrode layer is appropriately controlled, but the temperature of the central portion of the electrode layer is appropriately controlled. As a result, there is a problem that it is difficult to achieve a more uniform distribution of the plasma processing result in the chamber.

また、デポは温度の低い部材に付着する傾向にあるが、或る半導体ウエハのプラズマ処理中に電極層の中央部が適切に温度制御されないと、電極層の中央部の温度が低いまま保たれることがあり、デポが電極層の中央部に付着する。該付着したデポは他の半導体ウエハのプラズマ処理中に剥離してパーティクルとなり、該他の半導体ウエハの表面に付着するという問題もある。   In addition, the deposit tends to adhere to a member having a low temperature. However, if the temperature of the central portion of the electrode layer is not properly controlled during plasma processing of a certain semiconductor wafer, the temperature of the central portion of the electrode layer is kept low. And the deposit adheres to the center of the electrode layer. The deposited deposit peels off during the plasma processing of other semiconductor wafers to become particles, which causes a problem of adhering to the surface of the other semiconductor wafer.

本発明の目的は、電極層の全域を適切に温度制御することができる電極ユニット、基板処理装置及び電極ユニットの温度制御方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide an electrode unit, a substrate processing apparatus, and an electrode unit temperature control method capable of appropriately controlling the temperature of the entire electrode layer.

上記目的を達成するために、請求項１記載の電極ユニットは、プラズマによって基板を処理する処理室と、前記プラズマを生成するために前記処理室内に高周波電圧を印加するプラズマ生成用電極とを有する基板処理装置に配置された電極ユニットであって、前記処理室側から順に隣接して配置された、電極層、加熱層、伝熱層及び冷却層を有し、前記加熱層は前記電極層を全面的に覆うとともに、前記冷却層は前記加熱層を介して前記電極層を全面的に覆い、前記加熱層及び前記冷却層の間の前記伝熱層には伝熱媒体が充たされ、前記伝熱層は前記電極層の周縁部以外を覆うように形成され、前記プラズマ生成用電極による前記高周波電圧の印加が中断されると、前記伝熱層から前記充たされた伝熱媒体が排出されることを特徴とする。 In order to achieve the above object, an electrode unit according to claim 1 has a processing chamber for processing a substrate with plasma, and a plasma generating electrode for applying a high-frequency voltage to the processing chamber to generate the plasma. a arranged electrode unit in the substrate processing apparatus, the arranged from the processing chamber side and adjacent to the forward, conductive electrode layer, the heating layer has a heat transfer layer and the cooling layer, the heating layer is the electrode layer with a fully covering, the cooling layer entirely covers the electrode layer through the heating layer, the heat transfer medium was charged in the heat transfer layer between the heating layer and the cooling layer , the heat transfer layer is formed to cover the non-peripheral portion of the electrode layer, the plasma when the by generating electrode high-frequency voltage application is suspended, the heat transfer medium which is said was charged from the heat transfer layer Is discharged.

請求項２記載の電極ユニットは、請求項１記載の電極ユニットにおいて、前記伝熱媒体は伝熱ガスであることを特徴とする。 Electrode unit according to claim 2, wherein, in the electrode unit of claim 1 Symbol mounting, the heat transfer medium is characterized by a heat transfer gas.

請求項３記載の電極ユニットは、請求項２記載の電極ユニットにおいて、前記伝熱ガスとしてプラズマを生成するためのプロセスガスを用いることを特徴とする。 Electrode unit according to claim 3, wherein, in the electrode unit according to claim 2, characterized by using a process gas for generating plasma as the heat transfer gas.

請求項４記載の電極ユニットは、請求項３記載の電極ユニットにおいて、前記電極ユニットは前記処理室内に前記プロセスガスを供給し、前記伝熱層は前記処理室内と複数のガス穴を介して連通し、前記プロセスガスは前記伝熱層に供給されることを特徴とする。 Electrode unit according to claim 4, wherein, in the electrode unit according to claim 3, wherein the electrode unit supplies the process gas into the processing chamber, the heat transfer layer through a pre-Symbol processing chamber and a plurality of gas holes In communication, the process gas is supplied to the heat transfer layer.

請求項５記載の電極ユニットは、請求項１記載の電極ユニットにおいて、前記伝熱媒体は伝熱性の液体であることを特徴とする。 Electrode unit according to claim 5, wherein, in the electrode unit of claim 1 Symbol mounting, the heat transfer medium is characterized in that it is a liquid heat transfer.

上記目的を達成するために、請求項６記載の基板処理装置は、プラズマによって基板を処理する処理室と、前記プラズマを生成するために前記処理室内に高周波電圧を印加するプラズマ生成用電極と、電極ユニットとを備え、該電極ユニットは、前記処理室側から順に隣接して配置された、電極層、加熱層、伝熱層及び冷却層を有し、前記加熱層は前記電極層を全面的に覆うとともに、前記冷却層は前記加熱層を介して前記電極層を全面的に覆い、前記加熱層及び前記冷却層の間の前記伝熱層には伝熱媒体が充たされ、前記伝熱層は前記電極層の周縁部以外を覆うように形成され、前記プラズマ生成用電極による前記高周波電圧の印加が中断されると、前記伝熱層から前記充たされた伝熱媒体が排出されることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a substrate processing apparatus according to claim 6 , a processing chamber for processing a substrate with plasma, a plasma generating electrode for applying a high-frequency voltage to the processing chamber to generate the plasma, and an electrode unit, the electrode unit, the arranged from the processing chamber side and adjacent to the forward, conductive electrode layer, the heating layer has a heat transfer layer and the cooling layer, the heating layer over the entire surface of the electrode layer together to cover, the cooling layer entirely covers the electrode layer through the heating layer, the heat transfer layer between the heating layer and the cooling layer is a heat transfer medium was charged, the heat transfer layer is formed to cover the non-peripheral portion of the electrode layer, wherein when the plasma generating electrode of the high-frequency voltage is interrupted, the heat transfer medium which is said was charged from the heat transfer layer is discharged It is characterized by being.

上記目的を達成するために、請求項７記載の電極ユニットの温度制御方法は、プラズマによって基板を処理する処理室を備える基板処理装置に配置された電極ユニットであって、前記処理室側から順に隣接して配置された、電極層、加熱層、伝熱層及び冷却層を有し、前記伝熱層は前記電極層の周縁部以外を覆うように形成される電極ユニットの温度制御方法であって、前記基板処理装置が備える、前記プラズマを生成するために前記処理室内に高周波電圧を印加するプラズマ生成用電極による前記高周波電圧の印加の開始に応じて前記伝熱層に伝熱媒体を充たす電極層冷却ステップと、前記プラズマ生成用電極による前記高周波電圧の印加の中断に応じて前記伝熱層が前記充たされた伝熱媒体を排出する電極層保温ステップとを有することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a temperature control method for an electrode unit according to claim 7 is an electrode unit disposed in a substrate processing apparatus including a processing chamber for processing a substrate by plasma, and sequentially from the processing chamber side. arranged adjacent to, conductive electrode layer, heating layer, in heat transfer layer and a cooling layer, the heat transfer layer is a temperature control method of the formed Ru electrode unit so as to cover the non-peripheral portion of the electrode layer The substrate processing apparatus includes a heat transfer medium in the heat transfer layer in response to the start of application of the high frequency voltage by a plasma generation electrode that applies a high frequency voltage to the processing chamber to generate the plasma. having an electrode layer cooling step plus charge, and an electrode layer insulation step of the heat transfer layer is discharging a heat transfer medium which is the was charged in response to interruption of application of the high frequency voltage by the plasma generating electrode And features.

請求項１記載の電極ユニット及び請求項６記載の基板処理装置によれば、電極層は加熱層によって全面的に覆われ、且つ該電極層は加熱層を介して冷却層によって全面的に覆われるので、電極層は全域に亘って積極的に加熱・冷却可能であり、もって、電極層の全域を適切に温度制御することができる。また、加熱層及び冷却層が直接接すると熱膨張量差によって加熱層及び冷却層が擦れ、加熱層や冷却層が破損する虞があるが、加熱層及び冷却層の間には伝熱媒体が充たされる伝熱層が隣接して配置されるので、加熱層及び冷却層は直接接することがなく、これにより、加熱層や冷却層の破損を防止することができる。 According to claim 1 the substrate processing apparatus of the electrode unit and according to claim 6, wherein conductive electrode layer is fully covered by the heating layer, and the electrode layer is entirely covered by the cooling layer through the heating layer Therefore, the electrode layer can be actively heated and cooled over the entire area, and thus the temperature of the entire area of the electrode layer can be appropriately controlled. In addition, when the heating layer and the cooling layer are in direct contact with each other, the heating layer and the cooling layer may be rubbed due to the difference in thermal expansion, and the heating layer and the cooling layer may be damaged, but there is a heat transfer medium between the heating layer and the cooling layer. since the heat transfer layer to be had charge is disposed adjacent the heating layer and the cooling layer may not be in direct contact, which makes it possible to prevent damage to the heating layer and a cooling layer.

また、請求項１記載の電極ユニット及び請求項６記載の基板処理装置によれば、プラズマを生成するために処理室内に高周波電圧を印加するプラズマ生成用電極が高周波電圧の印加を中断すると、伝熱層は充たされた伝熱媒体を排出するので、伝熱層は電極層から冷却層への伝熱を断絶する断熱層として機能し、プラズマからの入熱によって加熱された電極層の温度を高いまま維持することができる。その結果、電極層へのデポの付着を防止することができる。 According to the electrode unit of claim 1 and the substrate processing apparatus of claim 6 , if the plasma generating electrode for applying a high frequency voltage in the processing chamber to generate plasma interrupts the application of the high frequency voltage, since thermal layer discharges the heat transfer medium which is was charged, the heat transfer layer functions as a heat insulating layer to break the heat transfer from the electrode layer to the cooling layer, the temperature of the electrode layer which is heated by the heat input from the plasma Can be kept high. As a result, deposition of deposits on the electrode layer can be prevented.

請求項２記載の電極ユニットによれば、伝熱媒体は伝熱ガスであるので、伝熱層における伝熱媒体の充填・排出を迅速に行うことができ、もって、スループットを向上することができる。 According to the electrode unit of the second aspect , since the heat transfer medium is a heat transfer gas, the heat transfer medium can be quickly charged and discharged in the heat transfer layer, thereby improving the throughput. .

請求項３記載の電極ユニットによれば、伝熱ガスとしてプラズマを生成するためのプロセスガスを用いるので、伝熱ガスの充填用にガスラインを追加する必要が無く、電極ユニットの構成を簡素にすることができる。また、伝熱ガスとしてプロセスガスを用いると、プロセスガスが処理室内に供給されると伝熱層にプロセスガスが充填され、プロセスガスが処理室内から排出されると伝熱層からプロセスガスが排出されることになる。ここで、通常は、プラズマ生成用電極が高周波電圧の印加が開始するとプロセスガスが供給され、且つプラズマ生成用電極が高周波電圧の印加を中断するとプロセスガスが排出されるので、伝熱層へのプロセスガスの充填及び伝熱層からのプロセスガスの排出を高周波電圧の印加の開始及び中断に同期させることができ、電極層をより適切に温度制御することができる。 According to the electrode unit of claim 3, since the process gas for generating plasma is used as the heat transfer gas, it is not necessary to add a gas line for filling the heat transfer gas, and the configuration of the electrode unit is simplified. can do. In addition, when a process gas is used as the heat transfer gas, the process gas is filled in the heat transfer layer when the process gas is supplied into the process chamber, and the process gas is discharged from the heat transfer layer when the process gas is discharged from the process chamber. Will be. Here, normally, the process gas is supplied when the application of the high frequency voltage to the plasma generating electrode is started, and the process gas is discharged when the application of the high frequency voltage is interrupted by the plasma generating electrode . The filling of the process gas and the discharge of the process gas from the heat transfer layer can be synchronized with the start and stop of the application of the high-frequency voltage, so that the temperature of the electrode layer can be controlled more appropriately.

請求項５記載の電極ユニットによれば、伝熱媒体は伝熱性の液体である。伝熱性の液体は伝熱性が高いため、冷却層による電極層の冷却を効果的に行うことができる。 According to the electrode unit of claim 5 , the heat transfer medium is a heat transfer liquid. Since the heat transfer liquid has high heat transfer, the electrode layer can be effectively cooled by the cooling layer.

請求項７記載の電極ユニットの温度制御方法によれば、プラズマ生成用電極による高周波電圧の印加の開始に応じて伝熱層に伝熱媒体を充たし、プラズマ生成用電極による高周波電圧の印加の中断に応じて伝熱層に充たされた伝熱媒体を排出するので、電極層がプラズマからの入熱を受けている間は、伝熱層は電極層から冷却層への伝熱を行い、もって、電極層を冷却してプラズマ処理結果の均一な分布を実現するとともに、電極層がプラズマからの入熱を受けない間は、伝熱層は電極層から冷却層への伝熱を断絶する断熱層として機能し、プラズマからの入熱によって加熱された電極層の温度を高いまま維持することができ、これにより、電極層へのデポの付着を防止することができる。 According to the temperature controlling method of an electrode unit according to claim 7, wherein the heat transfer medium to the heat transfer layer to were charged in accordance with the start of the application of the high frequency voltage by the plasma generation electrodes, application of the high-frequency voltage due to plasma generation electrodes since discharges the heat transfer medium which is charged was the heat transfer layer according to the interruption, while the electrode layer is subjected to heat input from the plasma, a heat transfer heat transfer layer from the electrode layer to the cooling layer Therefore, the electrode layer is cooled to achieve a uniform distribution of the plasma treatment result, and while the electrode layer is not subjected to heat input from the plasma, the heat transfer layer transfers heat from the electrode layer to the cooling layer. It functions as a heat insulating layer that breaks off, and the temperature of the electrode layer heated by heat input from the plasma can be maintained high, thereby preventing deposition of deposits on the electrode layer.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

まず、本発明の実施の形態に係る電極ユニットについて説明する。   First, an electrode unit according to an embodiment of the present invention will be described.

図１は、本実施の形態に係る電極ユニットを備える基板処理装置の構成を概略的に示す断面図である。この基板処理装置は基板としての半導体ウエハにプラズマエッチングを施すように構成されている。   FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a substrate processing apparatus including an electrode unit according to the present embodiment. This substrate processing apparatus is configured to perform plasma etching on a semiconductor wafer as a substrate.

図１において、基板処理装置１０は、例えば、直径が３００ｍｍの半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）Ｗを収容するチャンバ１１を有し、該チャンバ１１内にはウエハＷを載置する円柱状のサセプタ１２（プラズマ生成用電極）が配置されている。また、基板処理装置１０では、チャンバ１１の内側壁とサセプタ１２の側面とによって、サセプタ１２上方のガスをチャンバ１１の外へ排出する流路として機能する側方排気路１３が形成される。この側方排気路１３の途中には排気プレート１４が配置される。 In FIG. 1, a substrate processing apparatus 10 has a chamber 11 that houses a semiconductor wafer (hereinafter simply referred to as “wafer”) W having a diameter of 300 mm, for example, and the wafer W is placed in the chamber 11. A cylindrical susceptor 12 ( plasma generating electrode ) is arranged. In the substrate processing apparatus 10, the side exhaust path 13 that functions as a flow path for discharging the gas above the susceptor 12 out of the chamber 11 is formed by the inner wall of the chamber 11 and the side surface of the susceptor 12. An exhaust plate 14 is disposed in the middle of the side exhaust path 13.

排気プレート１４は多数の孔を有する板状部材であり、チャンバ１１を上部と下部に仕切る仕切り板として機能する。排気プレート１４によって仕切られたチャンバ１１の上部（以下、「処理室」という。）１７にはプラズマが発生する。また、チャンバ１１の下部（以下、「排気室（マニホールド）」という。）１８にはチャンバ１１内のガスを排出する排気管１５が接続される。排気プレート１４は処理室１７に発生するプラズマを捕捉又は反射してマニホールド１８への漏洩を防止する。   The exhaust plate 14 is a plate-like member having a large number of holes, and functions as a partition plate that partitions the chamber 11 into an upper part and a lower part. Plasma is generated in an upper portion (hereinafter referred to as “processing chamber”) 17 of the chamber 11 partitioned by the exhaust plate 14. Further, an exhaust pipe 15 that exhausts the gas in the chamber 11 is connected to a lower portion (hereinafter referred to as “exhaust chamber (manifold)”) 18 of the chamber 11. The exhaust plate 14 captures or reflects the plasma generated in the processing chamber 17 to prevent leakage to the manifold 18.

排気管１５にはＴＭＰ（Turbo Molecular Pump）及びＤＰ（Dry Pump）（ともに図示しない）が接続され、これらのポンプはチャンバ１１内を真空引きして減圧する。具体的には、ＤＰはチャンバ１１内を大気圧から中真空状態（例えば、１．３×１０Ｐａ（０．１Ｔｏｒｒ）以下）まで減圧し、ＴＭＰはＤＰと協働してチャンバ１１内を中真空状態より低い圧力である高真空状態（例えば、１．３×１０−３Ｐａ（１．０×１０−５Ｔｏｒｒ）以下）まで減圧する。なお、チャンバ１１内の圧力はＡＰＣバルブ（図示しない）によって制御される。 A TMP (Turbo Molecular Pump) and a DP (Dry Pump) (both not shown) are connected to the exhaust pipe 15, and these pumps evacuate the chamber 11 to reduce the pressure. Specifically, DP depressurizes the inside of the chamber 11 from atmospheric pressure to a medium vacuum state (for example, 1.3 × 10 Pa (0.1 Torr) or less), and TMP cooperates with the DP to medium vacuum in the chamber 11. The pressure is reduced to a high vacuum state (for example, 1.3 × 10 −3 Pa (1.0 × 10 −5 Torr or less)) that is lower than the state. The pressure in the chamber 11 is controlled by an APC valve (not shown).

チャンバ１１内のサセプタ１２には下部高周波電源１９が下部整合器２０を介して接続されており、該下部高周波電源１９は所定の高周波電力をサセプタ１２に供給する。これにより、サセプタ１２は処理室１７内に高周波電圧を印加する下部電極ユニットとして機能する。また、下部整合器２０は、サセプタ１２からの高周波電力の反射を低減して高周波電力のサセプタ１２への供給効率を最大にする。   A lower high-frequency power source 19 is connected to the susceptor 12 in the chamber 11 via a lower matching unit 20, and the lower high-frequency power source 19 supplies predetermined high-frequency power to the susceptor 12. Thus, the susceptor 12 functions as a lower electrode unit that applies a high-frequency voltage to the processing chamber 17. In addition, the lower matching unit 20 reduces the reflection of the high frequency power from the susceptor 12 to maximize the supply efficiency of the high frequency power to the susceptor 12.

サセプタ１２の上部には、静電電極板２１を内部に有する静電チャック２２が配置されている。静電チャック２２はセラミックからなり、或る直径を有する下部円板状部材の上に、該下部円板状部材より直径の小さい上部円板状部材を重ねた形状を呈する。サセプタ１２にウエハＷを載置するとき、該ウエハＷは静電チャック２２における上部円板状部材の上に配される。   An electrostatic chuck 22 having an electrostatic electrode plate 21 therein is disposed on the susceptor 12. The electrostatic chuck 22 is made of ceramic and has a shape in which an upper disk-shaped member having a diameter smaller than that of the lower disk-shaped member is stacked on a lower disk-shaped member having a certain diameter. When the wafer W is placed on the susceptor 12, the wafer W is disposed on the upper disk-shaped member in the electrostatic chuck 22.

また、静電チャック２２では、静電電極板２１に直流電源２３が電気的に接続されている。静電電極板２１に正の直流高電圧が印加されると、ウエハＷにおける静電チャック２２側の面（以下、「裏面」という。）には負電位が発生して静電電極板２１及びウエハＷの裏面の間に電位差が生じ、該電位差に起因するクーロン力又はジョンソン・ラーベック力により、ウエハＷは静電チャック２２における上部円板状部材の上において吸着保持される。   In the electrostatic chuck 22, a DC power source 23 is electrically connected to the electrostatic electrode plate 21. When a positive DC high voltage is applied to the electrostatic electrode plate 21, a negative potential is generated on the surface of the wafer W on the electrostatic chuck 22 side (hereinafter referred to as “back surface”). A potential difference is generated between the back surfaces of the wafer W, and the wafer W is attracted and held on the upper disk-shaped member in the electrostatic chuck 22 by Coulomb force or Johnson-Rahbek force resulting from the potential difference.

また、静電チャック２２には、吸着保持されたウエハＷを囲うように、円環状のフォーカスリング２４が載置される。フォーカスリング２４は、導電性部材、例えば、シリコンからなり、処理室１７においてプラズマをウエハＷの表面に向けて収束し、プラズマエッチングの効率を向上させる。   An annular focus ring 24 is placed on the electrostatic chuck 22 so as to surround the attracted and held wafer W. The focus ring 24 is made of a conductive member, such as silicon, and converges the plasma toward the surface of the wafer W in the processing chamber 17 to improve the efficiency of plasma etching.

また、サセプタ１２の内部には、例えば、円周方向に延在する環状の冷媒室２５が設けられる。この冷媒室２５には、チラーユニット（図示しない）から冷媒用配管２６を介して低温の冷媒、例えば、冷却水やガルデン（登録商標）が循環供給される。該低温の冷媒によって冷却されたサセプタ１２は静電チャック２２を介してウエハＷ及びフォーカスリング２４を冷却する。   Further, for example, an annular refrigerant chamber 25 extending in the circumferential direction is provided inside the susceptor 12. A low temperature refrigerant such as cooling water or Galden (registered trademark) is circulated and supplied to the refrigerant chamber 25 through a refrigerant pipe 26 from a chiller unit (not shown). The susceptor 12 cooled by the low-temperature refrigerant cools the wafer W and the focus ring 24 via the electrostatic chuck 22.

静電チャック２２における上部円板状部材上面のウエハＷが吸着保持される部分（以下、「吸着面」という。）には、複数の伝熱ガス供給孔２７が開口している。これら複数の伝熱ガス供給孔２７は伝熱ガスとしてのヘリウム（Ｈｅ）ガスを、伝熱ガス供給孔２７を介して吸着面及びウエハＷの裏面の間隙に供給する。吸着面及びウエハＷの裏面の間隙に供給されたヘリウムガスはウエハＷの熱を静電チャック２２に効果的に伝達する。   A plurality of heat transfer gas supply holes 27 are opened in a portion of the upper surface of the upper disk-shaped member of the electrostatic chuck 22 where the wafer W is adsorbed and held (hereinafter referred to as “adsorption surface”). The plurality of heat transfer gas supply holes 27 supply helium (He) gas as the heat transfer gas to the gap between the adsorption surface and the back surface of the wafer W through the heat transfer gas supply holes 27. The helium gas supplied to the gap between the suction surface and the back surface of the wafer W effectively transfers the heat of the wafer W to the electrostatic chuck 22.

チャンバ１１の天井部には、サセプタ１２と対向するようにシャワーヘッド２９（電極ユニット）が配置されている。シャワーヘッド２９には上部整合器３０を介して上部高周波電源３１が接続されており、上部高周波電源３１は所定の高周波電力をシャワーヘッド２９に供給するので、シャワーヘッド２９は処理室１７内に高周波電圧を印加する上部電極ユニットとして機能する。なお、上部整合器３０の機能は上述した下部整合器２０の機能と同じである。   A shower head 29 (electrode unit) is disposed on the ceiling of the chamber 11 so as to face the susceptor 12. An upper high frequency power supply 31 is connected to the shower head 29 via an upper matching unit 30, and the upper high frequency power supply 31 supplies a predetermined high frequency power to the shower head 29. It functions as an upper electrode unit that applies a voltage. The function of the upper matching unit 30 is the same as the function of the lower matching unit 20 described above.

図２は、図１におけるシャワーヘッドを示す拡大断面図である。   FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing the shower head in FIG.

図２において、シャワーヘッド２９は、導電体、例えば、アルミニウムからなる円板状の電極層３２と、絶縁体、例えば、セラミックからなる円板状の加熱層３３と、絶縁膜で被覆された導電体、例えば、アルマイトで被覆されたアルミニウムからなる円板状の冷却層３４と、支持体３５とを有する。電極層３２は処理室１７内に暴露され、電極層３２、加熱層３３及び冷却層３４はこの順で処理室１７側から配置され、電極層３２、加熱層３３及び冷却層３４は支持体３５によって釣支される。   In FIG. 2, the shower head 29 includes a disk-shaped electrode layer 32 made of a conductor, for example, aluminum, a disk-shaped heating layer 33 made of an insulator, for example, ceramic, and a conductive film coated with an insulating film. A body, for example, a disc-shaped cooling layer 34 made of aluminum coated with alumite, and a support 35 are provided. The electrode layer 32 is exposed in the processing chamber 17, and the electrode layer 32, the heating layer 33, and the cooling layer 34 are arranged in this order from the processing chamber 17 side, and the electrode layer 32, the heating layer 33, and the cooling layer 34 are the support 35. Supported by fishing.

加熱層３３及び冷却層３４の直径は電極層３２の直径と同じであるため、加熱層３３は電極層３２を全面的に覆うとともに、冷却層３４は加熱層３３を介して電極層３２を全面的に覆う。なお、加熱層３３や冷却層３４の直径は電極層３２の直径と同じである必要はなく、加熱層３３や冷却層３４の直径が電極層３２の直径よりも大きくてもよい。このときも加熱層３３や冷却層３４は電極層３２を全面的に覆うことができる。   Since the diameters of the heating layer 33 and the cooling layer 34 are the same as the diameter of the electrode layer 32, the heating layer 33 covers the entire electrode layer 32 and the cooling layer 34 covers the entire electrode layer 32 via the heating layer 33. Cover. The diameters of the heating layer 33 and the cooling layer 34 do not have to be the same as the diameter of the electrode layer 32, and the diameters of the heating layer 33 and the cooling layer 34 may be larger than the diameter of the electrode layer 32. Also at this time, the heating layer 33 and the cooling layer 34 can cover the electrode layer 32 entirely.

加熱層３３は電熱線３８からなるヒータを内蔵する。ヒータを構成する電熱線３８は、例えば、図３（Ａ）乃至３（Ｄ）に示すように、加熱層３３の全域に亘って配置される。その結果、加熱層３３はヒータによって全面的に発熱し、電極層３２を全域に亘って加熱する。   The heating layer 33 incorporates a heater composed of a heating wire 38. The heating wire 38 which comprises a heater is arrange | positioned over the whole region of the heating layer 33, for example, as shown to FIG. 3 (A) thru | or 3 (D). As a result, the heating layer 33 generates heat entirely by the heater, and heats the electrode layer 32 over the entire area.

冷却層３４は冷却媒体が流れる冷却路３９を内蔵する。冷却路３９は冷却層３４の全域に亘って配置される。その結果、冷却層３４は冷却路３９によって全面的に吸熱し、電極層３２を全域に亘って冷却する。   The cooling layer 34 incorporates a cooling path 39 through which a cooling medium flows. The cooling path 39 is disposed over the entire area of the cooling layer 34. As a result, the cooling layer 34 totally absorbs heat through the cooling path 39 and cools the electrode layer 32 over the entire area.

シャワーヘッド２９では、電極層３２が温度センサ（図示しない）を有し、該温度センサの測温結果に基づいて加熱層３３の発熱量や冷却層３４の吸熱量が制御され、これにより、電極層３２の温度が制御される。   In the shower head 29, the electrode layer 32 has a temperature sensor (not shown), and the amount of heat generated by the heating layer 33 and the amount of heat absorbed by the cooling layer 34 are controlled based on the temperature measurement result of the temperature sensor. The temperature of layer 32 is controlled.

また、シャワーヘッド２９は、加熱層３３及び冷却層３４の間に介在する円板状の空間からなる伝熱層３６を有する。該伝熱層３６には伝熱媒体として伝熱ガス、例えば、ヘリウムガスが充填される。伝熱ガスの充填は外部の伝熱ガス供給装置（図示しない）が行い、また、伝熱層３６に充填された伝熱ガスは外部の伝熱ガス排気装置（図示しない）が排出する。   Further, the shower head 29 has a heat transfer layer 36 composed of a disk-like space interposed between the heating layer 33 and the cooling layer 34. The heat transfer layer 36 is filled with a heat transfer gas such as helium gas as a heat transfer medium. The heat transfer gas is filled by an external heat transfer gas supply device (not shown), and the heat transfer gas filled in the heat transfer layer 36 is discharged by an external heat transfer gas exhaust device (not shown).

伝熱層３６に伝熱ガスが充填されたとき、伝熱層３６は熱を伝達するため、冷却層３４は伝熱層３６及び加熱層３３を介して電極層３２の熱を吸熱することができ、もって、電極層３２を冷却することができる。また、伝熱層３６から伝熱ガスが排出されたとき、伝熱層３６は熱を伝達しないため、冷却層３４は電極層３２の熱を吸熱することができず、その結果、電極層３２を冷却することがない。すなわち、伝熱層３６は伝熱ガスの充填・排出を行うことによって電極層３２の温度を制御することができる。特に、電極層３２がプラズマから熱を受けなくなり、且つ加熱層３３が発熱していないときに、伝熱ガスを排出することによって電極層３２の温度を高いまま（例えば、２００℃）に維持することができる。   When the heat transfer gas is filled in the heat transfer layer 36, the heat transfer layer 36 transfers heat, so the cooling layer 34 can absorb the heat of the electrode layer 32 through the heat transfer layer 36 and the heating layer 33. Thus, the electrode layer 32 can be cooled. Further, when the heat transfer gas is discharged from the heat transfer layer 36, the heat transfer layer 36 does not transfer heat, so the cooling layer 34 cannot absorb the heat of the electrode layer 32, and as a result, the electrode layer 32. There is no cooling. That is, the heat transfer layer 36 can control the temperature of the electrode layer 32 by filling and discharging the heat transfer gas. In particular, when the electrode layer 32 does not receive heat from the plasma and the heating layer 33 is not generating heat, the temperature of the electrode layer 32 is kept high (for example, 200 ° C.) by discharging the heat transfer gas. be able to.

また、伝熱ガスは拡散性が強いため、伝熱層３６内において全域に分布する。また、伝熱層３６に露出する加熱層３３や冷却層３４の表面状態にかかわらず、伝熱ガスは加熱層３３や冷却層３４の表面に均一に接触する。したがって、伝熱層３６の伝熱性能は全域に亘ってほぼ同じである。   Further, since the heat transfer gas is highly diffusive, it is distributed throughout the heat transfer layer 36. Regardless of the surface state of the heating layer 33 or the cooling layer 34 exposed to the heat transfer layer 36, the heat transfer gas uniformly contacts the surface of the heating layer 33 or the cooling layer 34. Therefore, the heat transfer performance of the heat transfer layer 36 is substantially the same over the entire area.

ところで、加熱層３３及び冷却層３４が直接接して配置されるとすると、電極層３２の温度制御を行う際、加熱層３３は膨張する一方、冷却層３４は収縮する。その結果、加熱層３３及び冷却層３４の熱膨張量差が大きくなり、加熱層３３及び冷却層３４は相対的に移動して互いに擦れることが考えられる。   If the heating layer 33 and the cooling layer 34 are arranged in direct contact with each other, when the temperature control of the electrode layer 32 is performed, the heating layer 33 expands while the cooling layer 34 contracts. As a result, the difference in thermal expansion between the heating layer 33 and the cooling layer 34 increases, and the heating layer 33 and the cooling layer 34 may move relative to each other and rub against each other.

シャワーヘッド２９は、これに対応して上述した伝熱層３６を有する。該伝熱層３６は加熱層３３及び冷却層３４の間に介在するので、シャワーヘッド２９では加熱層３３及び冷却層３４が直接接することがない。   The shower head 29 has the heat transfer layer 36 described above correspondingly. Since the heat transfer layer 36 is interposed between the heating layer 33 and the cooling layer 34, the heating layer 33 and the cooling layer 34 are not in direct contact with the shower head 29.

支持体３５はバッファ室４０を内蔵し、該バッファ室４０にはプロセスガス導入管４１が接続されている。バッファ室４０は、加熱層３３や冷却層３４に設けられた複数のガス穴（図示しない）及び電極層３２に設けられた複数のガス穴４２を介して処理室１７内と連通する。そして、シャワーヘッド２９は、プロセスガス導入管４１からバッファ室４０へ供給されたプロセスガスを、ガス穴４２等を介して処理室１７内へ供給する。   The support 35 includes a buffer chamber 40, and a process gas introduction pipe 41 is connected to the buffer chamber 40. The buffer chamber 40 communicates with the inside of the processing chamber 17 through a plurality of gas holes (not shown) provided in the heating layer 33 and the cooling layer 34 and a plurality of gas holes 42 provided in the electrode layer 32. The shower head 29 supplies the process gas supplied from the process gas introduction pipe 41 to the buffer chamber 40 into the processing chamber 17 through the gas holes 42 and the like.

この基板処理装置１０では、サセプタ１２及びシャワーヘッド２９に高周波電力を供給して、処理室１７内に高周波電圧を印加することにより、該処理室１７内においてシャワーヘッド２９から供給されたプロセスガスを高密度のプラズマにしてウエハＷにプラズマエッチングを施す。   In the substrate processing apparatus 10, by supplying high frequency power to the susceptor 12 and the shower head 29 and applying a high frequency voltage in the processing chamber 17, the process gas supplied from the shower head 29 in the processing chamber 17 is supplied. Plasma etching is performed on the wafer W with a high density plasma.

上述した基板処理装置１０の各構成部品の動作は、基板処理装置１０が備える制御部（図示しない）のＣＰＵが制御する。   The operation of each component of the substrate processing apparatus 10 described above is controlled by a CPU of a control unit (not shown) provided in the substrate processing apparatus 10.

本実施の形態に係る電極ユニットとしてのシャワーヘッド２９によれば、処理室１７内に暴露される電極層３２は加熱層３３によって全面的に覆われ、且つ電極層３２は加熱層３３を介して冷却層３４によって全面的に覆われるので、電極層３２は全域に亘って積極的に加熱・冷却可能であり、もって、電極層３２の全域を適切に温度制御することができる。これにより、プラズマエッチング中、チャンバ１１内においてプラズマ処理結果の均一な分布を実現することができ、さらに、電極層３２の中央部へのデポの付着を防止することができる。   According to the shower head 29 as the electrode unit according to the present embodiment, the electrode layer 32 exposed in the processing chamber 17 is entirely covered with the heating layer 33, and the electrode layer 32 is interposed via the heating layer 33. Since the entire surface is covered with the cooling layer 34, the electrode layer 32 can be actively heated and cooled over the entire region, and thus the temperature of the entire region of the electrode layer 32 can be appropriately controlled. Thereby, it is possible to realize a uniform distribution of the plasma processing result in the chamber 11 during the plasma etching, and to prevent deposition of deposits on the central portion of the electrode layer 32.

上述したシャワーヘッド２９では、加熱層３３及び冷却層３４の間には伝熱ガスが充填される伝熱層３６が配置されるので、加熱層３３及び冷却層３４が直接接することがなく、その結果、加熱層３３及び冷却層３４の熱膨張量差によって加熱層３３及び冷却層３４が擦れることがなく、加熱層３３や冷却層３４の破損を防止することができる。   In the shower head 29 described above, since the heat transfer layer 36 filled with the heat transfer gas is disposed between the heating layer 33 and the cooling layer 34, the heating layer 33 and the cooling layer 34 are not in direct contact with each other. As a result, the heating layer 33 and the cooling layer 34 are not rubbed due to the difference in thermal expansion between the heating layer 33 and the cooling layer 34, and damage to the heating layer 33 and the cooling layer 34 can be prevented.

また、上述したシャワーヘッド２９では、伝熱層３６に充填される伝熱媒体として伝熱ガスが用いられるので、伝熱層３６における伝熱媒体の充填・排出を迅速に行うことができ、もって、スループットを向上することができる。   Further, in the shower head 29 described above, since a heat transfer gas is used as the heat transfer medium filled in the heat transfer layer 36, the heat transfer medium can be charged and discharged quickly in the heat transfer layer 36. Throughput can be improved.

次に、本発明の実施の形態に係る電極ユニットの温度制御方法について説明する。   Next, the temperature control method for the electrode unit according to the embodiment of the present invention will be described.

図４は、本実施の形態に係る電極ユニットの温度制御方法のフローチャートである。   FIG. 4 is a flowchart of the temperature control method for the electrode unit according to the present embodiment.

まず、基板処理装置１０のＣＰＵが１ロット分のウエハＷのプラズマエッチングが終了したか否かを判別し（ステップＳ４１）、終了している場合には本処理を終了し、終了していない場合には、チャンバ１１内にウエハＷを搬入してサセプタ１２に載置する（ステップ４２）。   First, the CPU of the substrate processing apparatus 10 determines whether or not the plasma etching of the wafer W for one lot has been completed (step S41). The wafer W is loaded into the chamber 11 and placed on the susceptor 12 (step 42).

次いで、シャワーヘッド２９が処理室１７内にプロセスガスを供給し、伝熱ガス供給装置が伝熱層３６に伝熱ガスを充填し（ステップＳ４３）（電極層冷却ステップ）、サセプタ１２及びシャワーヘッド２９が処理室１７内に高周波電圧を印加してプロセスガスからプラズマを生成し、これにより、ウエハＷのプラズマエッチングを開始する（ステップＳ４４）。その後、プラズマエッチングは所定時間に亘って継続されるが、このとき、冷却層３４は伝熱層３６及び加熱層３３を介して電極層３２を冷却可能となるため、加熱層３３及び冷却層３４は電極層３２の温度センサによる温度センサの測温結果に基づいて電極層３２の温度を制御する。   Next, the shower head 29 supplies the process gas into the processing chamber 17, and the heat transfer gas supply device fills the heat transfer layer 36 with the heat transfer gas (step S 43) (electrode layer cooling step), and the susceptor 12 and the shower head. 29 applies a high frequency voltage to the processing chamber 17 to generate plasma from the process gas, thereby starting plasma etching of the wafer W (step S44). Thereafter, the plasma etching is continued for a predetermined time. At this time, the cooling layer 34 can cool the electrode layer 32 via the heat transfer layer 36 and the heating layer 33, and thus the heating layer 33 and the cooling layer 34. Controls the temperature of the electrode layer 32 based on the temperature measurement result of the temperature sensor by the temperature sensor of the electrode layer 32.

次いで、所定時間のプラズマエッチングの後、サセプタ１２及びシャワーヘッド２９が処理室１７内への高周波電圧の印加を中断してプラズマエッチングを終了し（ステップＳ４５）、排気管１５がマニホールド１８を介して処理室１７内から残りのプロセスガスを排出し、伝熱ガス排気装置が伝熱層３６から充填された伝熱ガスを排出する（ステップＳ４６）（電極層保温ステップ）。これにより、以後、冷却層３４は電極層３２を冷却することがなく、電極層３２の温度が高いままに維持される。   Next, after a predetermined time of plasma etching, the susceptor 12 and the shower head 29 interrupt the application of the high-frequency voltage into the processing chamber 17 to end the plasma etching (step S45), and the exhaust pipe 15 passes through the manifold 18. The remaining process gas is discharged from the inside of the processing chamber 17, and the heat transfer gas exhaust device discharges the heat transfer gas filled from the heat transfer layer 36 (step S46) (electrode layer heat retaining step). Thereby, thereafter, the cooling layer 34 does not cool the electrode layer 32, and the temperature of the electrode layer 32 is maintained high.

次いで、チャンバ１１からプラズマエッチングが施されたウエハＷを搬出し（ステップＳ４７）、ステップＳ４１に戻る。   Next, the wafer W subjected to plasma etching is unloaded from the chamber 11 (step S47), and the process returns to step S41.

なお、図４の温度制御方法では、伝熱層３６への伝熱ガスの充填後に高周波電圧の印加を開始し、高周波電圧の印加の中断後に伝熱層３６から伝熱ガスを排出したが、伝熱層３６への伝熱ガスの充填前に高周波電圧の印加を開始してもよく、さらに、高周波電圧の印加の中断前に伝熱層３６から伝熱ガスを排出してもよい。   In the temperature control method of FIG. 4, the application of the high frequency voltage is started after the heat transfer gas is filled in the heat transfer layer 36, and the heat transfer gas is discharged from the heat transfer layer 36 after the application of the high frequency voltage is interrupted. The application of the high frequency voltage may be started before the heat transfer gas is filled into the heat transfer layer 36, and the heat transfer gas may be discharged from the heat transfer layer 36 before the application of the high frequency voltage is interrupted.

図４の電極ユニットの温度制御方法によれば、サセプタ１２及びシャワーヘッド２９による高周波電圧の印加の開始に応じて伝熱層３６に伝熱ガスを充填し、サセプタ１２及びシャワーヘッド２９による高周波電圧の印加の中断に応じて伝熱層３６に充填された伝熱ガスを排出するので、電極層３２がプラズマからの入熱を受けている間は、伝熱層３６は電極層３２から冷却層３４への伝熱を行い、もって、電極層３２を冷却してプラズマ処理結果の均一な分布を実現するとともに、電極層３２がプラズマからの入熱を受けない間は、伝熱層３６は電極層３２から冷却層３４への伝熱を断絶する断熱層として機能し、プラズマからの入熱によって加熱された電極層３２の温度を高いまま維持することができ、これにより、電極層３２へのデポの付着を防止することができる。   According to the temperature control method of the electrode unit in FIG. 4, the heat transfer layer 36 is filled with heat transfer gas in response to the start of application of the high frequency voltage by the susceptor 12 and the shower head 29, and the high frequency voltage by the susceptor 12 and the shower head 29. Since the heat transfer gas filled in the heat transfer layer 36 is discharged in response to the interruption of the application of heat, the heat transfer layer 36 is cooled from the electrode layer 32 to the cooling layer while the electrode layer 32 is receiving heat input from the plasma. 34, the electrode layer 32 is cooled to achieve a uniform distribution of the plasma treatment result, and the heat transfer layer 36 is not connected to the electrode while the electrode layer 32 is not subjected to heat input from the plasma. It functions as a heat insulating layer that cuts off heat transfer from the layer 32 to the cooling layer 34, and the temperature of the electrode layer 32 heated by heat input from the plasma can be kept high. Depot It is possible to prevent adhesion.

次に、本発明の第２の実施の形態に係る電極ユニットについて説明する。   Next, an electrode unit according to a second embodiment of the present invention will be described.

本実施の形態は、その構成、作用が上述した第１の実施の形態と基本的に同じであるので、重複した構成、作用については説明を省略し、以下に異なる構成、作用についての説明を行う。   Since the configuration and operation of this embodiment are basically the same as those of the first embodiment described above, the description of the overlapping configuration and operation will be omitted, and the description of the different configuration and operation will be described below. Do.

本実施の形態に係る電極ユニットとしてのシャワーヘッド２９では、伝熱層３６に伝熱ガスではなくプロセスガスが充填される。また、基板処理装置１０は、伝熱ガス供給装置や伝熱ガス排気装置を備えることがなく、プロセスガス導入管４１が伝熱層３６に接続されるとともに、該伝熱層３６は開閉自在なバルブ（図示しない）を介してマニホールド１８に連通する。ここで、プロセスガスも或る程度の伝熱性を有するため、伝熱層３６にプロセスガスが充填されたとき、伝熱層３６は熱を伝達し、もって、伝熱層３６は電極層３２を冷却することができる。   In the shower head 29 as the electrode unit according to the present embodiment, the heat transfer layer 36 is filled with process gas instead of heat transfer gas. Further, the substrate processing apparatus 10 does not include a heat transfer gas supply device or a heat transfer gas exhaust device, the process gas introduction pipe 41 is connected to the heat transfer layer 36, and the heat transfer layer 36 can be freely opened and closed. The manifold 18 communicates with a valve (not shown). Here, since the process gas also has a certain degree of heat transfer, when the heat transfer layer 36 is filled with the process gas, the heat transfer layer 36 transfers heat, and thus the heat transfer layer 36 causes the electrode layer 32 to pass through. Can be cooled.

本実施の形態に係るシャワーヘッド２９では、伝熱ガスの充填用にガスラインを追加する必要が無く、シャワーヘッド２９の構成を簡素にすることができる。   In the shower head 29 according to the present embodiment, it is not necessary to add a gas line for filling the heat transfer gas, and the configuration of the shower head 29 can be simplified.

図５は、本実施の形態に係る電極ユニットの温度制御方法のフローチャートである。   FIG. 5 is a flowchart of the temperature control method for the electrode unit according to the present embodiment.

まず、図４のステップＳ４１，Ｓ４２を実行した後、シャワーヘッド２９が処理室１７内にプロセスガスを供給し、サセプタ１２及びシャワーヘッド２９が処理室１７内に高周波電圧を印加してプロセスガスからプラズマを生成し、これにより、ウエハＷのプラズマエッチングを開始するが、このとき、プロセスガス導入管４１はバッファ室４０だけでなく伝熱層３６にもプロセスガスを供給するため、該伝熱層３６にプロセスガスが充填される（ステップＳ５１）。これにより、以後、伝熱層３６は熱を伝達することができる。   First, after performing steps S41 and S42 in FIG. 4, the shower head 29 supplies a process gas into the processing chamber 17, and the susceptor 12 and the shower head 29 apply a high-frequency voltage to the processing chamber 17 from the process gas. Plasma is generated, thereby starting plasma etching of the wafer W. At this time, the process gas introduction pipe 41 supplies process gas not only to the buffer chamber 40 but also to the heat transfer layer 36. 36 is filled with process gas (step S51). Thereby, after that, the heat transfer layer 36 can transfer heat.

次いで、所定時間のプラズマエッチングの後、サセプタ１２及びシャワーヘッド２９が処理室１７内への高周波電圧の印加を中断してプラズマエッチングを終了し、排気管１５がマニホールド１８を介して処理室１７内から残りのプロセスガスを排出するが、このとき、上記バルブが開弁されて伝熱層３６に充填されたプロセスガスがマニホールド１８を介して排出される（ステップＳ５２）。これにより、以後、伝熱層３６は断熱層として機能する。   Next, after a predetermined time of plasma etching, the susceptor 12 and the shower head 29 interrupt the application of the high-frequency voltage into the processing chamber 17 to finish the plasma etching, and the exhaust pipe 15 passes through the manifold 18 in the processing chamber 17. Then, the remaining process gas is discharged, and at this time, the valve is opened and the process gas filled in the heat transfer layer 36 is discharged through the manifold 18 (step S52). Thereby, after that, the heat transfer layer 36 functions as a heat insulating layer.

次いで、チャンバ１１からプラズマエッチングが施されたウエハＷを搬出し（ステップＳ４７）、ステップＳ４１に戻る。   Next, the wafer W subjected to plasma etching is unloaded from the chamber 11 (step S47), and the process returns to step S41.

図５の電極ユニットの温度制御方法によれば、プロセスガスが処理室１７内に供給されると伝熱層３６にプロセスガスが充填され、プロセスガスが処理室１７内から排出されると伝熱層３６からプロセスガスが排出されることになる。これにより、伝熱層３６へのプロセスガスの充填及び伝熱層３６からのプロセスガスの排出を高周波電圧の印加の開始及び中断に同期させることができ、電極層３２をより適切に温度制御することができる。   5, when the process gas is supplied into the processing chamber 17, the heat transfer layer 36 is filled with the process gas, and when the process gas is discharged from the processing chamber 17, the heat transfer is performed. Process gas will be exhausted from the layer 36. Thereby, the filling of the process gas into the heat transfer layer 36 and the discharge of the process gas from the heat transfer layer 36 can be synchronized with the start and stop of the application of the high frequency voltage, and the temperature of the electrode layer 32 is controlled more appropriately. be able to.

上述した本実施の形態に係るシャワーヘッド２９では、支持体３５が伝熱層３６とは別にプロセスガスの導入室としてバッファ室４０を有するが、伝熱層３６とバッファ室４０とを一体化してもよい。これにより、シャワーヘッド２９の構成を簡素化することができる。   In the shower head 29 according to the above-described embodiment, the support 35 has the buffer chamber 40 as a process gas introduction chamber separately from the heat transfer layer 36. However, the heat transfer layer 36 and the buffer chamber 40 are integrated. Also good. Thereby, the structure of the shower head 29 can be simplified.

また、この場合、図６に示すように、支持体３５のバッファ室４０を廃止し、伝熱層３６を複数のガス穴（加熱層３３のガス穴（図示しない）やガス穴４２）を介して処理室１７内に連通させ、さらに、伝熱層３６の直径を電極層３２の直径よりやや小さく、伝熱層３６が電極層３２の周縁部以外を覆うように設定する。   In this case, as shown in FIG. 6, the buffer chamber 40 of the support 35 is abolished, and the heat transfer layer 36 is passed through a plurality of gas holes (gas holes (not shown) and gas holes 42 of the heating layer 33). The diameter of the heat transfer layer 36 is slightly smaller than the diameter of the electrode layer 32, and the heat transfer layer 36 is set to cover other than the peripheral portion of the electrode layer 32.

これにより、伝熱層３６にプロセスガスを充填すると、伝熱層３６は電極層３２から冷却層３４への伝熱を行うだけでなく、電極層３２のほぼ全面に亘ってプロセスガスを拡散させながら処理室１７内へプロセスガスを供給することができ、もって、プラズマ処理結果のより均一な分布を実現することができる。   Thus, when the heat transfer layer 36 is filled with the process gas, the heat transfer layer 36 not only transfers heat from the electrode layer 32 to the cooling layer 34 but also diffuses the process gas over almost the entire surface of the electrode layer 32. However, the process gas can be supplied into the processing chamber 17, so that a more uniform distribution of the plasma processing result can be realized.

上述した各実施の形態では、伝熱層３６に伝熱媒体としてガス（伝熱ガスやプロセスガス）を充填したが、伝熱媒体として伝熱性の液体、例えば、ジェル状の物質を用いてもよく、又は伝熱シートを用いてもよい。伝熱性の液体は一般に伝熱ガスよりも伝熱性が高いため、冷却層３４による電極層３２の冷却を効果的に行うことができる。また、伝熱シートは取り扱いが容易であるため、シャワーヘッド２９の組立等を容易に行うことができる。   In each of the embodiments described above, the heat transfer layer 36 is filled with a gas (heat transfer gas or process gas) as a heat transfer medium. However, a heat transfer liquid such as a gel-like substance may be used as the heat transfer medium. Alternatively, a heat transfer sheet may be used. Since the heat transfer liquid generally has higher heat transfer than the heat transfer gas, the electrode layer 32 can be effectively cooled by the cooling layer 34. Further, since the heat transfer sheet is easy to handle, the shower head 29 can be easily assembled.

上述したシャワーヘッド２９は半導体ウエハにエッチング処理を施す基板処理装置１０に適用されたが、シャワーヘッド２９と同様の構成を有するシャワーヘッドは、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）やＦＰＤ（Flat Panel Display）等のガラス基板にプラズマ処理を施す基板処理装置にも適用することができる。   The shower head 29 described above is applied to the substrate processing apparatus 10 that performs an etching process on a semiconductor wafer, but a shower head having the same configuration as the shower head 29 may be an LCD (Liquid Crystal Display), an FPD (Flat Panel Display), or the like. The present invention can also be applied to a substrate processing apparatus that performs plasma processing on a glass substrate.

本発明の第１の実施の形態に係る電極ユニットを備える基板処理装置の構成を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematically the structure of the substrate processing apparatus provided with the electrode unit which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 図１におけるシャワーヘッドを示す拡大断面図である。It is an expanded sectional view which shows the shower head in FIG. 図１における加熱層が内蔵するヒータを構成する電熱線の配線状況を示す図であり、図３（Ａ）は本実施の形態における一例であり、図３（Ｂ）は第１の変形例であり、図３（Ｃ）は第２の変形例であり、図３（Ｄ）は第３の変形例である。It is a figure which shows the wiring condition of the heating wire which comprises the heater which the heating layer in FIG. 1 incorporates, FIG. 3 (A) is an example in this Embodiment, FIG.3 (B) is a 1st modification. FIG. 3C shows a second modification, and FIG. 3D shows a third modification. 本実施の形態に係る電極ユニットの温度制御方法のフローチャートである。It is a flowchart of the temperature control method of the electrode unit which concerns on this Embodiment. 本発明の第２の実施の形態に係る電極ユニットの温度制御方法のフローチャートである。It is a flowchart of the temperature control method of the electrode unit which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本実施の形態に係る電極ユニットとしてのシャワーヘッドの変形例を示す拡大断面図である。It is an expanded sectional view showing the modification of the shower head as an electrode unit concerning this embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

Ｗ ウエハ
１０ 基板処理装置
１１ チャンバ
１２ サセプタ
１７ 処理室
１９，３１ 高周波電源
２９ シャワーヘッド
３２ 電極層
３３ 加熱層
３４ 冷却層
３６ 伝熱層 W wafer 10 substrate processing apparatus 11 chamber 12 susceptor 17 processing chambers 19 and 31 high frequency power supply 29 shower head 32 electrode layer 33 heating layer 34 cooling layer 36 heat transfer layer

Claims (7)

プラズマによって基板を処理する処理室と、前記プラズマを生成するために前記処理室内に高周波電圧を印加するプラズマ生成用電極とを有する基板処理装置に配置された電極ユニットであって、
前記処理室側から順に隣接して配置された、電極層、加熱層、伝熱層及び冷却層を有し、
前記加熱層は前記電極層を全面的に覆うとともに、前記冷却層は前記加熱層を介して前記電極層を全面的に覆い、前記加熱層及び前記冷却層の間の前記伝熱層には伝熱媒体が充たされ、前記伝熱層は前記電極層の周縁部以外を覆うように形成され、
前記プラズマ生成用電極による前記高周波電圧の印加が中断されると、前記伝熱層から前記充たされた伝熱媒体が排出されることを特徴とする電極ユニット。 An electrode unit disposed in a substrate processing apparatus having a processing chamber for processing a substrate with plasma, and a plasma generating electrode for applying a high-frequency voltage to the processing chamber to generate the plasma,
Arranged from the side of the processing chamber adjacent the forward, conductive electrode layer, a heating layer, heat transfer layer and the cooling layer,
The heating layer entirely covers the electrode layer, the cooling layer entirely covers the electrode layer via the heating layer, and is transferred to the heat transfer layer between the heating layer and the cooling layer. Filled with a heat medium, the heat transfer layer is formed so as to cover other than the peripheral edge of the electrode layer,
When the application of the high-frequency voltage by the plasma generating electrode is interrupted, the filled heat transfer medium is discharged from the heat transfer layer. 前記伝熱媒体は伝熱ガスであることを特徴とする請求項１記載の電極ユニット。   The electrode unit according to claim 1, wherein the heat transfer medium is a heat transfer gas. 前記伝熱ガスとしてプラズマを生成するためのプロセスガスを用いることを特徴とする請求項２記載の電極ユニット。   The electrode unit according to claim 2, wherein a process gas for generating plasma is used as the heat transfer gas. 前記電極ユニットは前記処理室内に前記プロセスガスを供給し、
前記伝熱層は前記処理室内と複数のガス穴を介して連通し、
前記プロセスガスは前記伝熱層に供給されることを特徴とする請求項３記載の電極ユニット。 The electrode unit supplies the process gas into the processing chamber,
The heat transfer layer communicates through a pre-Symbol processing chamber and a plurality of gas holes,
The electrode unit according to claim 3, wherein the process gas is supplied to the heat transfer layer. 前記伝熱媒体は伝熱性の液体であることを特徴とする請求項１記載の電極ユニット。   The electrode unit according to claim 1, wherein the heat transfer medium is a heat transfer liquid. プラズマによって基板を処理する処理室と、前記プラズマを生成するために前記処理室内に高周波電圧を印加するプラズマ生成用電極と、電極ユニットとを備え、
該電極ユニットは、前記処理室側から順に隣接して配置された、電極層、加熱層、伝熱層及び冷却層を有し、
前記加熱層は前記電極層を全面的に覆うとともに、前記冷却層は前記加熱層を介して前記電極層を全面的に覆い、前記加熱層及び前記冷却層の間の前記伝熱層には伝熱媒体が充たされ、前記伝熱層は前記電極層の周縁部以外を覆うように形成され、
前記プラズマ生成用電極による前記高周波電圧の印加が中断されると、前記伝熱層から前記充たされた伝熱媒体が排出されることを特徴とする基板処理装置。 A processing chamber for processing a substrate with plasma, a plasma generating electrode for applying a high frequency voltage to the processing chamber to generate the plasma, and an electrode unit,
The electrode unit, the arranged from the processing chamber side and adjacent to the forward, conductive electrode layer, a heating layer, heat transfer layer and the cooling layer,
The heating layer entirely covers the electrode layer, the cooling layer entirely covers the electrode layer via the heating layer, and is transferred to the heat transfer layer between the heating layer and the cooling layer. is the heat medium was charged, the heat transfer layer is formed to cover the non-peripheral portion of the electrode layer,
When the application of the high frequency voltage by the plasma generation electrode is interrupted, the substrate processing apparatus heat transfer medium which is said was charged from the heat transfer layer is characterized in that it is discharged. プラズマによって基板を処理する処理室を備える基板処理装置に配置された電極ユニットであって、前記処理室側から順に隣接して配置された、電極層、加熱層、伝熱層及び冷却層を有し、前記伝熱層は前記電極層の周縁部以外を覆うように形成される電極ユニットの温度制御方法であって、
前記基板処理装置が備える、前記プラズマを生成するために前記処理室内に高周波電圧を印加するプラズマ生成用電極による前記高周波電圧の印加の開始に応じて前記伝熱層に伝熱媒体を充たす電極層冷却ステップと、
前記プラズマ生成用電極による前記高周波電圧の印加の中断に応じて前記伝熱層が前記充たされた伝熱媒体を排出する電極層保温ステップとを有することを特徴とする温度制御方法。 An electrode unit disposed in the substrate processing apparatus comprising a processing chamber for processing a substrate by a plasma, which is arranged from the processing chamber side and adjacent to the forward, conductive electrode layer, heating layer, the heat transfer layer and the cooling layer a, the heat transfer layer is a temperature control method of the formed Ru electrode unit so as to cover the non-peripheral portion of the electrode layer,
The provided substrate processing apparatus, plus the heat transfer medium to the heat transfer layer according to the start of application of the high frequency voltage by the plasma generating electrode for applying a high frequency voltage to the processing chamber to generate the plasma charge An electrode layer cooling step;
Temperature control method characterized by and an electrode layer insulation step of discharging the heat transfer medium, wherein the heat transfer layer is the was charged in response to interruption of application of the high frequency voltage by the plasma generation electrode.
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